Tipos de paneles solares y análisis de eficiencia en la generación de energía
2025-01-11
En este artículo, presentaremos los principios de funcionamiento y la comparación de la eficiencia de generación de energía de varios tipos diferentes de paneles solares.
El principio de la generación de energía solar es que la luz solar incide sobre la unión p-n semiconductora de la célula fotovoltaica, formando nuevos pares de agujeros y electrones. Bajo la acción del campo eléctrico de la unión p-n, los agujeros fluyen de la región p a la región n, y los electrones fluyen de la región n a la región p. Cuando el circuito está conectado, se forma una corriente. Su función es convertir la energía solar en energía eléctrica y enviarla a la batería para su almacenamiento o para impulsar el funcionamiento de la carga.
En este artículo, presentaremos los principios de funcionamiento y la comparación de la eficiencia en la generación de energía de varios tipos diferentes de paneles solares.
El principio de generación de energía solar es que la luz solar incide sobre la unión p-n del semiconductor de la célula fotovoltaica, formando nuevos pares de agujeros y electrones. Bajo la acción del campo eléctrico de la unión p-n, los agujeros fluyen de la región p a la región n, y los electrones fluyen de la región n a la región p. Cuando el circuito se conecta, se genera corriente. Su función es convertir la energía solar en energía eléctrica y enviarla a la batería para su almacenamiento o para accionar la carga y hacerla funcionar.
Tres diferentes tipos de tecnología de paneles solares:
1.Tecnología de células solares de silicio cristalino
Existen diferencias entre el silicio monocristalino y el silicio policristalino. La ventaja de esta tecnología es que la tasa de conversión fotoeléctrica es más alta, alcanzando más del 21%, y la desventaja es que el precio es relativamente caro. La tecnología de células solares de silicio cristalino es la tecnología dominante en el mercado actual.
2.Tecnología de células solares de película delgada
Las ventajas de la tecnología de células solares de película delgada son el bajo uso de materiales y el bajo precio de venta. Sin embargo, su principal desventaja es que su tasa de conversión fotoeléctrica es solo la mitad de la del silicio cristalino, y su eficiencia de conversión solo alcanza entre un 6% y un 10%, por lo que su cuota de mercado ha sido siempre muy baja.
3.Nueva tecnología de células solares
La nueva tecnología de células solares tiene las ventajas de una alta tasa de conversión y bajo costo. Las células fotovoltaicas de perovskita son un nuevo tipo de producto de célula solar que se espera sea el de producción en masa más rápido. El límite teórico de eficiencia de las células de perovskita de unión simple puede alcanzar el 33%, lo que es superior a las células de silicio cristalino y a las de película delgada. Sin embargo, la mayor desventaja de las células fotovoltaicas de perovskita es que la decadencia de eficiencia es relativamente grave. Antes de que se resuelva la tecnología de decadencia de eficiencia, no se utilizarán a gran escala.
Paneles solares: Silicio policristalino y monocristalino
Según los diferentes materiales, los paneles solares se pueden dividir en dos tipos diferentes de paneles solares: silicio policristalino y silicio monocristalino.
1. Módulos fotovoltaicos de silicio policristalino
Módulos fotovoltaicos fabricados a partir de obleas de silicio policristalino. El silicio policristalino se fabrica utilizando materiales de silicio policristalino en bloques mediante un proceso de fundición de lingotes (lingotes de silicio cuadrados).
2. Módulos fotovoltaicos de silicio monocristalino
Módulos fotovoltaicos fabricados a partir de obleas de silicio monocristalino. El silicio monocristalino se fabrica utilizando materiales de silicio policristalino en bloques mediante el proceso de estirado de varillas (varillas de silicio redondas).
Existen dos tipos de paneles solares: tipo P y tipo N
1.Módulos fotovoltaicos de tipo P
Módulos fotovoltaicos ensamblados con células solares de tipo P. Las células solares de tipo P son obleas de silicio que han sido infiltradas con el elemento trivalente "boro" durante el proceso de dopaje de la célula, y también se puede añadir el elemento "galio". La tasa de conversión de los módulos fotovoltaicos de tipo P que han sido producidos en masa en 2023 es de aproximadamente un 21,1% a 21,5%.
2. Módulos fotovoltaicos de tipo N
Módulos fotovoltaicos ensamblados con células solares de tipo N. Las células solares de tipo N son obleas de silicio que han sido infiltradas con el elemento pentavalente "fósforo" durante el proceso de dopaje de la célula, y también se puede añadir el elemento "arsénico". Las células de tipo N han sido producidas en masa en 2023, y la tasa de conversión de los módulos fotovoltaicos es de aproximadamente un 22,1% a 22,5%.
Tipos de paneles solares con diferentes procesos estructurales
1. Proceso de estructura de media célula
Una célula se corta en dos piezas y luego se ensamblan en un módulo fotovoltaico.
2. Proceso de estructura tipo teja (Shingled)
Se corta una célula solar en cinco o seis tiras largas y luego se utilizan adhesivos conductores para solapar los bordes de varias células solares pequeñas y ensamblarlas en un módulo fotovoltaico.
3. Tecnología de módulos flexibles
Los módulos flexibles también se conocen como módulos ligeros. Los módulos fotovoltaicos pueden doblarse, lo que los hace especialmente adecuados para la instalación en techos curvados. Una solución es utilizar paneles flexibles en lugar de paneles de vidrio basados en la tecnología de módulos fotovoltaicos tipo teja. Otra solución es utilizar baterías de película delgada para fabricar módulos fotovoltaicos flexibles.
Clasificación de los tamaños de las células de los paneles solares
(I) Introducción a las células de tamaño 182 y 210
1.Fabricantes de módulos fotovoltaicos con tamaño de célula 182:
Módulos fotovoltaicos con un tamaño de célula individual de 182 mm (182 mm * 182 mm).
2. Fabricantes de módulos fotovoltaicos con tamaño de célula 210:
Es decir, módulos fotovoltaicos con un tamaño de célula individual de 210 mm (210 mm * 210 mm).
(II) Introducción al tamaño del módulo fotovoltaico rectangular y al tamaño de la célula
1. Tamaño del módulo fotovoltaico rectangular:
El 7 de julio de 2023, 9 fabricantes de módulos fotovoltaicos llegaron a un consenso para unificar el tamaño del módulo fotovoltaico rectangular a 2382 mm * 1134 mm.
2. Tamaño de la célula solar rectangular:
El 8 de agosto de 2023, 6 fabricantes de módulos fotovoltaicos llegaron a un consenso para unificar el tamaño de la célula solar rectangular a 1822 mm * 1916 mm.
Comparación de las rutas técnicas de los módulos fotovoltaicos de tipo P y de tipo N
(I) Ruta técnica de la célula de tipo P
1.BSF
La tecnología BSF (Battery with Aluminum Back Field) es una tecnología de pasivación de campo posterior de aluminio, con una eficiencia de conversión inferior al 20%. En 2015, fue la tecnología principal en la industria fotovoltaica y ocupó el 90% del mercado. Debido a la baja tasa de conversión, actualmente está básicamente eliminada.
2.PERC
La tecnología PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) es una tecnología de pasivación del emisor y contacto posterior. La eficiencia de conversión es de aproximadamente un 23%. Es la tecnología dominante en la actualidad y tiene la mayor cuota de mercado. Básicamente, la mayoría de los módulos fotovoltaicos de tipo P utilizan la tecnología PERC, con una tasa de conversión real superior al 21%. En 2020, las células PERC representaron más del 85% del mercado global, y actualmente las células bifaciales PERC son las más comunes.
(II) Ruta técnica de la célula de tipo N
1. Célula IBC de contacto total posterior
La eficiencia de conversión de las células IBC ha ido aumentando de manera constante cada año. La eficiencia promedio de conversión de la producción en masa de células es del 24,5%, y el límite superior de la eficiencia de conversión teórica es del 26,2%.
2.Célula de heterounión HJT
La célula de heterounión HJT, tecnología de célula de heterounión de película delgada intrínseca, tiene como principio básico usar células solares de silicio cristalino como capa base y luego superponer tecnología de células solares de película delgada. Aún pertenece a la ruta tecnológica de componentes de tipo N. Existen dos tipos de células de heterounión: HJT y HIT. La eficiencia promedio de conversión de la producción en masa de células es del 24,73%, y el límite superior de la eficiencia de conversión teórica es del 27,5%.
3. Célula de contacto pasivado TNC
La eficiencia de conversión de la célula TNC de producción en masa ha superado el 25,1%.
4.Tecnología de célula de contacto pasivado con capa de óxido TOPCon
La tecnología de célula de contacto pasivado con capa de óxido TOPCon, la eficiencia de producción en masa más alta supera el 25%, y el límite superior de la eficiencia de conversión teórica es del 28,7%.
(III) ¿Cuál tiene mejores perspectivas de desarrollo, los módulos fotovoltaicos de tipo P o de tipo N?
1.Módulos fotovoltaicos de tipo N
La eficiencia límite teórica de las células N-TOPCon es del 28,7%, y la tasa de conversión de los módulos fotovoltaicos N de producción en masa en el mercado es de aproximadamente 22,1% a 22,5%. Aún queda mucho espacio para la mejora en las tecnologías futuras.
2.Módulos fotovoltaicos de tipo P
La eficiencia límite teórica de las células PERC de tipo P es del 24,5%, y la tasa de conversión de los módulos fotovoltaicos de tipo P de producción en masa es de aproximadamente 21,1% a 21,5%. El espacio para el desarrollo técnico está cerca del punto de saturación, y hay muy poco margen para mejoras tecnológicas posteriores.
Según las últimas tendencias de inversión y tecnología de varios fabricantes de células, los módulos de tipo P se especializan principalmente en la tecnología PERC, mientras que los módulos de tipo N están desarrollando cuatro o cinco tecnologías de células diferentes. Aunque la producción de módulos fotovoltaicos de tipo N es baja y su precio es más alto, a largo plazo, se espera que la cuota de mercado de los módulos de tipo N supere a la de los módulos de tipo P. Se prevé que los módulos fotovoltaicos de tipo N se conviertan en los productos fotovoltaicos predominantes después de 2025.
Sistema de almacenamiento de energía modular industrial y comercial
Introducción a las soluciones de almacenamiento de energía más completas
